Instrumentenverstärker-Chip

Instrumentenverstärkerchips sind spezielle Operationsverstärkerchips, die für hochpräzise Kleinsignalerfassungsszenarien konzipiert sind. Ihre Hauptfunktion besteht in der Verstärkung schwacher Differenzsignale, die von herkömmlichen Operationsverstärkern nicht richtig verarbeitet werden können. Damit sind sie zentrale analoge Front-End-Geräte in Bereichen wie industrielle Sensorik, Präzisionsmessung und medizinische Elektronik.

Diese Chips weisen typischerweise ein optimiertes Design auf, das auf der klassischen Architektur mit drei-Betriebsverstärkern- basiert. Die erste Stufe integriert zwei hochpräzise angepasste nicht-Verstärker, die von Natur aus über eine extrem hohe Eingangsimpedanz verfügen und den Lasteffekt auf die Signalquelle erheblich reduzieren können. Selbst bei der Verbindung mit Millivolt-Füllstandsensorsignalen mit schwacher Ausgangsleistung kommt es kaum zu einer Signaldämpfung. Die zweite Stufe integriert einen Hochleistungs-Differenzverstärker, der Gleichtaktstörungen auf der Übertragungsleitung präzise eliminieren und eine genaue Verstärkung von Differenzsignalen erreichen kann. Dank der Lasertrimmung und Kalibrierung interner Widerstände während des Chipherstellungsprozesses erreicht das Gleichtaktunterdrückungsverhältnis (Common Mode Rejection Ratio, CMRR) von Instrumentenverstärkern im Allgemeinen über 80 dB, und einige High-End-Industrieprodukte können sogar 120 dB überschreiten. Selbst an Industriestandorten mit starken elektromagnetischen Störungen können sie Netzfrequenzstörungen und HF-Gleichtaktrauschen, die langen Übertragungsleitungen überlagert sind, effektiv ausgleichen und aus Signalen, die mit viel Rauschen gemischt sind, effektiv kleine Zielsignale extrahieren.

Im Vergleich zu diskreten Operationsverstärker-Implementierungen, die zahlreiche externe angepasste Widerstände erfordern, bieten integrierte Instrumentenverstärker-Chips eine äußerst einfache Verstärkungskonfiguration. Die meisten Modelle ermöglichen eine stufenlose Verstärkungsanpassung-im Bereich von 1x bis mehreren tausend Mal-mit nur einem einzigen externen Widerstand. Einige Modelle verfügen über eingebaute Präzisionsverstärkungswiderstände, die keinerlei externe Komponenten erfordern. Stattdessen können Standardverstärkungseinstellungen über Pin-Konfigurationen ausgewählt werden. Dies vereinfacht das Design peripherer Schaltkreise erheblich und eliminiert gleichzeitig die bei diskreten Lösungen häufig auftretenden Probleme, wie z. B. verringertes CMRR oder Verstärkungsungenauigkeit aufgrund schlechter Widerstandsanpassung.